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CAPITULO 6
Análisis y Optimización del Auto Deportivo “MXT” usando ALGOR.
6.1 Creación de la malla.
Una vez que la estructura está completamente dibujada, es importada al programa de
ALGOR FEA para su análisis.
ALGOR es compatible con muchos paquetes de diseño especializados en la generación de
de sólidos y superficies NURBS, como AutoCAD, ProE, Solid Works, Rhinoceros entre
otros, utilizando formatos universales para importar estos documentos a esta plataforma.
Figura 6.1: Logotipo ALGOR®
Para esto se ejecutará el FEMPRO de ALGOR FEA. desde el menú de inicio de la estación
de trabajo. Hay que tener especial cuidado de cerrar cualquier otro tipo de programa que se
encuentre abierto, ya que de no hacerlo tanto nuestro procesador como la memoria RAM no
trabajaran al 100% en la generación de la malla lo que resultará en un desempeño poco
eficiente para nuestro trabajo.
Al iniciar el FEMPRO aparece una ventana donde se podrá abrir el documento, para éste
proyecto exporto el sólido generado como un archivo ACIS (*.sat) porque es un formato
universal y así evitar la pérdida de datos y la generación de errores al exportarlo al
FEMPRO.
Figura 6.2: tipos de formato admitidos por ALGOR.
Una vez abierto el documento FEMPRO generará un archivo (*.dmit) Direct Memory
Image Transfer que importará la geometría del modelo en un formato neutro sin la
necesidad de traducir el archivo. Al generarse este archivo aparecerá una ventana que nos
mostrará el tipo de escenario y el análisis al que nuestro ensamble estará expuesto.
Seleccionaremos Static Stress with Nonlinear Material Models y presionaremos OK. Una
vez que esta ventana se cierre se desplegaran 2 ventanas, una con el modelo tridimensional
y la otra donde aparecerán en forma de lista los elementos y las superficies que conforman
el ensamble.
Figuras 6.3 y 6.4: ventanas de tipo de análisis y de opciones de mallado.
Este es el modelo de nuestro ensamble cuando ya se genera el archivo MXT.dmit. Es ahora
el momento donde se pueden seleccionar los elementos que podremos excluir de nuestro
mallado tales como los discos de las ruedas, las laminas del piso, así como, esconder
aquellos componentes que no deseamos aparezcan en el editor de FEA pero, que sin
embargo, se les aplicará el análisis.
Figura 6.5: Ensamble del bastidor en formato *.dmit.
Ahora, se procederá a generar el mallado del Ensamble del Auto Deportivo MXT, para esto
una vez que el modelo ha sido importado exitosamente en el FEMPRO, se abrirá otra
ventana donde se podrán ajustar las opciones de mallado. Se seleccionara una malla de tipo
sólida y en el tamaño de la malla se seleccionara un valor intermedio (representado por el
100%). Ahora se presionara el botón de Opciones, el cual dará paso a la apertura de otra
ventana donde seleccionaremos 2 opciones más.
Dentro de las opciones que corresponden a la generación de la malla de superficie, al
número de intentos le daremos un valor de 20, y con respecto a la malla sólida se
seleccionaran bricks and tetrahedra. Se selecciona OK y regresamos a la ventana anterior,
seleccionamos Mesh Model y esperaremos a que el software termine los cálculos.
Figuras 6.6 y 6.7: Opciones de mallado para el ensamble.
Una vez que la malla esta terminada y sin errores, pasaremos a especificar los puntos de
refinamiento, para esto seleccionamos Mesh, Refinement Points y Automatic, esto porque
como son demasiadas piezas nos ahorrara tiempo mientras genera los puntos de
refinamiento de manera correcta en nuestro ensamble. Se selecciona la densidad y se
presiona Generate, una vez que se calculan en el modelo presionamos Done.
Figura 6.8: Ventana para ajustar los puntos de refinamiento.
Una vez seleccionado los puntos, se repite la generación de la malla, para que el FEMPRO
genere una malla acorde con los puntos de refinamiento. Se deberá cuidar que no se
generen problemas en las superficies de mallado, y en caso de presentarse se deberá aplicar
la malla de nuevo, este proceso se deberá hacer por lo menos 2 veces, para evitar problemas
de geometría más adelante, ya que como nuestro ensamble consta de muchos elementos
consumiremos menos memoria de la estación de trabajo y la creación de la malla sólida se
llevara a cabo conforme se empiece el análisis del evento.
Figura 6.9: Vista de la malla del Bastidor del MXT en formato *.dmit.
Una vez que el proceso termina y el elemento esta completamente mallado como se
muestra en la figura se seleccionan las unidades del sistema métrico internacional (mks)
para pasar al editor de FEA.
6.2 Pre procesamiento.
Algunos de los parámetros más importantes a considerar dentro de nuestro análisis son los
siguientes:
•
Materiales.
•
Calibre de los tubos y perfiles.
•
Condiciones de frontera.
•
Fuerzas.
Figura 6.10: Modelo MXT en el editor de FEA.
Estos serán introducidos como a continuación se detallará para poder procesar el análisis de
elementos finitos, se tendrá especial cuidado en establecer la zona de contacto de las
fuerzas y de todas las condiciones de frontera para que esta simulación sea mas próxima al
evento real.
6.2.1 Diagrama de cuerpo libre de los objetos que interactúan con el bastidor y su peso.
Mastrettadesign, la empresa que solicitó por principio el desarrollo del análisis estructural
del bastidor, está interesada en 3 objetivos:
1. Reducción de peso en la estructura sin comprometer los valores de rigidez y
resistencia de la estructura.
2. Soportar las cargas derivadas del montaje del tren motriz.
3. La selección de la aleación o aleaciones de aluminio correctas para la aplicación.
Aunque la información que se nos proporcionó no ha sido del todo detallada, podremos
suponer que los elementos que más destacan por el efecto que pueden producir sobre la
estructura del auto deportivo MXT son los siguientes.
1. Motor y caja de engranes.
2. Ocupantes sobre los asientos.
3. Peso propio de la Carrocería y de todos los elementos.
De acuerdo a una inspección del prototipo MXT el motor y los ocupantes van
distribuidos en la estructura de acuerdo a la
siguiente representación en dos
dimensiones.
Motor
Ocupantes
Figura 6.11: Modelo del MXT señalando los elementos más importantes para el análisis
El peso estimado de los componentes por separado son los siguientes:
•
2 ocupantes + asientos = 144kg + 8kg = 152 kg.
•
Motor + Caja de Engranes = 115kg + 50kg = 160kg.
•
Carrocería + Componentes = 84Kg + 604Kg = 688Kg
El peso de la estructura ya esta considerada dentro de los datos globales del editor de FEA
y es calculado de manera inmediata dentro del análisis, y se activa en los parámetros del
mismo. Sin embargo esos valores estarán sujetos a un factor de seguridad de 4 ya que el
bastidor estará sujeto a fatiga, y de esta manera asegurar que la estructura se comportará de
manera estable.
A continuación presentaré un diagrama de cuerpo libre tridimensional para comprender
donde estarán colocadas las fuerzas que interactúan con la carrocería.
Figura 6.12: Diagrama de cuerpo libre en 3D del MXT.
6.2.2 Definición de los tipos de elementos.
De acuerdo a ALGOR®, esta estructura contempla placas, bloques y tubos por lo que a
todos ellos los tendremos que definir antes de someterlo al análisis de FEA. En el editor del
lado izquierdo aparece una ventana donde a modo de lista aparecen todas las partes que
componen a la estructura, y ésta a su vez muestra cuatro particularidades de la misma.
1. Tipo de Elemento.
2. Definición del elemento.
3. Material.
4. Superficies.
Para ello tendremos las siguientes consideraciones:
Para el tipo de elemento, el editor de FEA nos proporciona por default elementos
Brick/Plate, dependiendo de la geometría de la pieza después de que se completa el
mallado.
En el caso de las partes denominadas como placas: Plate tendremos que definir de esos
elementos su grosor. Y por último a todos los elementos que conforman la estructura se le
tendrá que seleccionar el tipo de material
Para el Rollbar del MXT hay una tabla que Mastrettadesign había proporcionado
anteriormente para el proyecto del Sand Car donde encontramos los calibres de perfil
tubular (Damaso, 2004i).
Φ
en pulgadas
1 1/2
Calibre (MSG)
22
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
.030" .036" .042" .048" .054" .060" .067" .075" .090" .105" .120"
TNTG TNTG TN
TNTG TN
TNTG TN
TNTG TNTG TN
TN
Tabla 6.1: Características de los calibres de perfil tubular del AISI 4130
6.2.3 Definición de los materiales.
Con respecto a los materiales que conformaran la estructura, tendremos 3 principalmente,
los perfiles tubulares serán de una aleación de acero Cromo-Molibdeno denominado en el
mercado internacional como Chromemoly 4130 o AISI 4130.
Componentes
WT%
Min Max
Carbón, C
0.3 0.33
Cromo, Cr
0.8 1.1
Hierro, Fe
97 98.2
Manganeso, Mn
0.4 0.6
Molibdeno, Mo
0.2 0.25
Fósforo, P
0.04
Azufre, S
0.04
Silicón, Si
0.2 0.35
Tabla 6.2 y Figura 6.13: Composición química y propiedades del AISI 4130.
La presencia de Molibdeno en este material lo hace resistente a la fragilidad causada por el
temple y si se le adhiere entre un 0.15%-0.35% de Plomo se mejora su maquinabilidad con
herramientas de acero rápido HSS. La ductilidad se mejora controlando el azufre a
cantidades menores al 0.01%, la presencia de Carbón en este material es del 0.30%-0.33%
con lo cual la aleación es excelente para la soldabilidad de las estructuras.
El material presenta alta resistencia a la tracción y a la tenacidad y es utilizado en la
industria automotriz para la construcción de motores, partes y repuestos sometidos a altos
esfuerzos, como cigüeñales, árboles de transmisión, estructuras soldables, ruedas dentadas
etc. Este material se encuentra en la librería de ALGOR® solo tendremos que
seleccionarlo.
Cabe aclarar que los electrodos para soldar este material son el E8018-B2 y E90018B2, las
designaciones comunes para este material son las siguientes:
UNS G41300, AMS 6350, AMS 6356, AMS 6360, AMS 6361, AMS 6372, AMS 6370,
AMS 6371, AMS 6373, ASTM A322, ASTM A331, ASTM A505, ASTM A513, ASTM
A519, ASTM A646, JIS SCM 2, JIS SCCrM 1, SS14 2225 (Sweden), B.S. CDS 110 (UK),
chromium-molybdenum, chrome-moly, MIL SPEC MIL-S-16974, SAE J404, SAE J412,
SAE J770, DIN 1.7218, AFNOR 25 CD 4 (France), MIL-S-6758 (flat and round bar), MISS-18729 ANN and NORM (sheet and plate), QQS-624 (round bar). (MatWeb ,2005ii)
Figura 6.14: Propiedades del acero estructural A36.
Para el acero estructural se selecciono el AISI A36, de la misma librería de ALGOR®
tomando como fuente al libro de Mecánica de Materiales de Ferdinand P. Beer y E. Russell
Johnston (Ferdinand, 1999iii)
Figura 6.15: Ventana de selección de materiales en ALGOR
Por último según Mangonon en su libro de “The principles of Materials Selection for
Engineering Design” muestra que para el aluminio hay varios datos a analizar, se
considerara que se estará trabajando con una aleación de aluminio extruido y dentro de esta
categoría hay una designación de 4 dígitos impuesta por la AISI (American Iron and Steel
Institute) la AA (Aluminium Association) y la ANSI (American Nacional Standards
Institute) donde el primer digito de esta designación hace referencia a lo que nos muestra la
siguiente tabla:
Designación
1XXX
2XXX
3XXX
4XXX
5XXX
6XXX
7XXX
8XXX
9XXX
Elemento Aleado
Ninguno, 99.00% min. De
aluminio.
Cobre. Cu
Manganeso. Mn
Silicio. Si
Magnesio. Mg
Magnesio y Silicio
Zinc. Zn
Otros.
No usados.
Tabla 6.3: Designación del primer dígito en los Aluminios
Para los aluminios esencialmente puros 1XXX los dos últimos dígitos de esta designación
corresponden a los dos dígitos después del punto decimal en el contenido de aluminio y el
tercer digito corresponde a algún control sobre la composición natural del mismo ya sea
que se eliminen impurezas o se añadan, por ejemplo si este aluminio fuese un 10XX el cero
de esta designación corresponde a que no hay ningún control sobre las impurezas naturales
de este material.
Para los aluminios de la serie 2XXX a la serie 8XXX, los dos últimos dígitos no tienen un
significado importante, sin embargo indican solamente un tipo particular de aleación en el
grupo, un “0” para la primeras o la segunda significa el primer elemento aleado o el que se
encuentra en mayor porcentaje. Un 1-9 en este dígito significa una modificación en la
composición de la aleación original.
De la misma forma hay varias designaciones en cuanto al tratado térmico a los que estos
aluminios son expuestos estos son seguidos de un código de una letra.
Tabla 6.4: Descripción de la designación de los aluminios aleados.
Dentro de la designación W y T hay 10 designaciones mas dependiendo del tipo de
tratamiento térmico que se le aplica a estas aleaciones de aluminio.
Tabla 6.5: Descripción de la designación en los aluminios tratados térmicamente.
Mastrettadesign esta interesado en aluminio de la clase 6XXX, así que podremos utilizar
un 6105 T5, esta aleación tiene la siguiente composición.
Tabla 6.6: Composición química del AA 6105 T5
Tabla 6.7: Propiedades del AA 6105 T5
Las designaciones comunes para este material son solo 2, Aluminio 6105-T5 y AA6105T5. (MatWeb ,2005iv) Como es una aleación relativamente nueva, se tuvo que recurrir a
diferentes fuentes, sobre la red como MatWeb®, ya que no existe mucha bibliografía de
esta serie de aluminios, de no ser la de los mismos proveedores del material, entre ellos
Mastrettadesign para obtener los datos de éste material, y añadirlos a la librería de
materiales de ALGOR®. (Mangonon, 1999v)
Figura 6.16: Ventana de especificación de propiedades del AA 6105 T5 en ALGOR®
6.2.4 Condiciones de frontera.
Una vez definidos los parámetros de nuestro modelo se procederá a colocar las condiciones
de frontera y las fuerzas y los datos que actuarán en el modelo. Con la herramienta de
selección superficie y el botón izquierdo del Mouse es posible seleccionar cualquier
superficie o cualquier punto nodal para colocar las características estáticas del problema.
En este caso las condiciones de frontera estarán colocadas justo donde comienzan las
sujeciones de las suspensiones y serán elásticas, para simular la suspensión del auto, para
esto se recurrió al diseñador del bastidor para acordar los valores del coeficiente de rigidez
que tiene un resorte helicoidal real, siendo de 78807.08267 N/m para la suspensión
delantera y de 52538.05059 N/m para la suspensión trasera como se usó para el proyecto
del SandCar en tesis anteriores (Damaso 2004vi).
Figura 6.17: Introducción de las condiciones de frontera elásticas en ALGOR®
Otra forma para colocar estas condiciones de frontera es seleccionando las superficies
dentro de la ventana izquierda como se muestra en la figura 6.18.
Figura 6.18: Colocación de las condiciones de frontera en ALGOR
Después que las condiciones de frontera has sido establecidas se procede a añadir las
fuerzas que fueron establecidas en el diagrama de cuerpo libre, estas fueron distribuidas a
juicio propio de acuerdo al modelo otorgado por la compañía y a referencias visuales del
segundo prototipo en común acuerdo con los dueños del proyecto MXT.
La fuerza representada por el motor se dividió en 3 partes, las cuales fueron colocadas
según la misma geometría de la estructura, ya que contaba con elementos propios para la
fijación del mismo, el peso propio de los pasajeros ubicado en la placa central y la
carrocería ubicado y distribuido a lo largo de la estructura.
Para completar el pre-procesamiento solo es necesario abrir la ventana de datos globales,
donde añadiremos la gravedad y seleccionaremos los resultados que se presentarán después
del análisis.
Figura 6.19: Ventana de parámetros globales en el Editor de FEA.
Después de colocar los parámetros, se procederá a verificar el modelo y por último a
comenzar el análisis.
Figura 6.20: Modelo MXT sobre el Editor de FEA.
6.3 Procesamiento o Análisis de la estructura.
Una vez que han sido añadidos todos los datos de la estructura, el siguiente paso es analizar
el modelo, en esta etapa todos los cálculos quedan ocultos y solo pueden verse tanto los
detalles de la verificación de la geometría así como los nodos que son analizados, la
creación de la matriz de rigidez y la de desplazamiento, etc.
Figura 6.21: Ventana de procesamiento del análisis estructural del MXT .
Así mismo es aquí donde los errores, ya sea debido a que la geometría del elemento es
deficiente o problemas con la creación de la matriz de rigidez son mostrados, así como los
avisos debido a posibles problemas ya sea correspondiente a la geometría del modelo o bien
problemas ocasionados por discrepancias en el cálculo de resultados. Es aquí donde recae el
problema principal de todo este proyecto, ya que muchas veces la geometría de los nodos
no es la adecuada para el procesamiento, o bien que la matriz de rigidez sea no positiva, y
con ello se tenga que volver a repetir todo el proceso de creación del modelo.
6.4 Postprocesamiento.
Una vez completada la fase del análisis de la estructura el programa muestra la siguiente
información del modelo al término del análisis en un archivo *.log.
•
Numero de Puntos Nodales
•
Numero de elementos
(NELTYP)
340
•
Numero de casos de carga
(LL)
1
•
Constante Gravitacional
(GRAV)
9.8146E+00
•
Numero de ecuaciones
(NEQ)
1800526
(NUMNP)
510854
ALGOR® tiene dos formas de presentar los resultados, al término del análisis se generan
archivos ASCII en donde deposita toda la información de los nodos y cálculos que genera,
así como las matrices de rigidez y los resultados; sin embargo estos resultados generan
documentos que oscilan entre los 700Mb para el de la información del modelo, hasta 1.5Gb
para el de la matriz de rigidez por lo que para este proyecto hacen complicada su
visualización así como la interpretación de los resultados.
Por otro lado ALGOR®, en su interfase gráfica, interpreta los resultados generados durante
el análisis y los presenta dentro del ambiente del superview en donde es posible observar
los diferentes tipos de esfuerzos y deformaciones de acuerdo a las teorías de falla más
importantes que predicen el comportamiento de cedencia de los materiales. De la misma
forma se observan los desplazamientos máximos y mínimos del bastidor.
Figura 6.22: Esfuerzos según la teoría de Von Mises en el MXT.
La estructura se comporta de manera estable y no se presentan deformaciones ni esfuerzos
muy altos en la estructura.
Figura 6.23: Deformaciones en el MXT según la teoría de Von Mises
Figura 6.24: Esfuerzos según la teoría de Tresca en el MXT
Figura 6.25: Deformaciones según la teoría de Tresca en el MXT
Figura 6.26: Vista Superior de los esfuerzos según la teoría de Von Mises en el MXT
Figura 6.27: Vista Superior de las deformaciones según la teoría de Von Mises en el MXT
6.4.1 Criterio de Fallas Von Mises.
Una vez terminado el análisis estático a partir de las imágenes del pos procesamiento
podemos concluir lo siguiente basado en el criterio de fallas Von Mises (Teoría de la
distorsión de la energía):
•
La mayor parte de la estructura es estable los esfuerzos según la teoría de Von
Mises tienen un valor de 5.014MPa y no hay evidencia de alguna deformación de
alto riesgo (0.6mm ) en la zona donde las suspensiones serán colocadas.
•
Los esfuerzos en la zona de pasajeros son los mayores, sin embargo el valor que
presentan es de 50MPa comparado con el esfuerzo último que presenta el aluminio
6105 T5 que es de 2.41e+8Pa, con ello se puede obtener un factor de seguridad de 4
para la lámina que soporta a los pasajeros. La deformación máxima que presenta
esta estructura es de 6.004495e-4m o bien 0.6mm en los puntos donde se encuentra
apoyado el pasajero.
•
La estructura que sostiene al motor se mantiene sólida según la teoría de Von Mises
con un valor de 5.014MPa y no presenta concentraciones de esfuerzos ni
deformaciones importantes.
•
Ambos perfiles, extruídos de aluminio 6105 T5 se comportan adecuadamente sin
llegar a tener concentraciones y deformaciones importantes.
6.4.2 Criterio de Fallas TRESCA.
También se consideró el criterio del máximo esfuerzo cortante conocido como criterio de
falla TRESCA, éste está basado en el máximo esfuerzo cortante para el inicio de la
deformación plástica pasando el punto de cedencia del material.
En éste caso la estructura tuvo un comportamiento similar a los resultados obtenidos por el
criterio de Von Mises como se pudo observar en imágenes anteriores.
6.4.3 Comparación entre ambos Criterios.
Ambos criterios conservan una estrecha relación, aunque los mayores esfuerzos y
deformaciones se presentan en base al criterio de TRESCA, el uso de ambos criterios en
conjunto asegura que estas zonas están propensas a la acción de los mismos esfuerzos por
lo que se deberá tener especial cuidado en los factores de seguridad en el diseño y
manufactura del mismo para no alterar éstos resultados.
Aún así el criterio de Von Mises además de ser el más extendido, proporciona los análisis
más exactos ya que en base a experimentación está comprobado que los resultados de este
criterio se aproximan más a los presentados por situaciones reales.
6.5 Optimización del Modelo del auto deportivo MXT.
Ahora el objetivo será disminuir los esfuerzos concentrados en la estructura, por mínimos
que sean, y aumentar el factor de seguridad, ya que a pesar de que este es solo un análisis
estático el modelo estará sometido (en condiciones reales) a fuerzas dinámicas, fatiga y
posiblemente a impacto. Para esto se buscará cambiar el material de la estructura por uno
más resistente, o bien aumentando el grosor de la placa de pasajeros sacrificando peso en la
estructura.
Según Mangonon en su libro de “The principles of Materials Selection for Engineering
Design” menciona que el aluminio 6061-T6 es el más usado de entre las aleaciones de
aluminio para aplicaciones automotrices así como la aplicación de extrusiones con
aleaciones de magnesio para ahorrar peso sin sacrificar el desempeño de la estructura.
(Mangonon, 1992vii).
Para ello se repetirá todo el proceso anterior, desde la creación y la importación del archivo
en AutoCAD® hasta la creación del mallado y su preparación en el editor de FEA, las
únicas variantes serán el cambio de materiales la creación de unas barras que unirán la
estructura “T” con la estructura que soportará al motor y el espesor de la placa que
soportará a los pasajeros por lo que se pasará directamente a la presentación de los
resultados obtenidos por ALGOR®
De la misma forma se aplicará un cambio al diseño del RollBar por uno que en lugar de las
esferas con las que se trabajo en el modelo original presentará unas secciones cilíndricas,
para efectos de una mayor compatibilidad con el programa de ALGOR®.
Con respecto a los materiales cambiaremos el aluminio 6105-T5 por el 6061-T6 que
Mangonon sugiere, para observar si hay un cambio en el comportamiento del modelo bajo
la acción de las cargas aplicadas, y de ésta forma observar si se presentan algunas mejoras.
Figura 6.28: Modelo de optimización en la estructura del MXT.
Para esta optimización se tomarán en cuenta la creación soportes que van de la estructura
que sostiene al motor hasta la estructura tipo “T”, se verá si colocándolos sobre el perfil se
logra disminuir los esfuerzos presentados en la estructura (Figura 6.28).
.
Figura 6.29: Soporte de unión creado en AutoCAD.
Figura 6.30: Modelo Optimizado del MXT en el editor de FEA.
Para esto se diseñó un nuevo perfil para lograr la conexión de la barra del soporte para la
estructura del motor y el perfil T de aluminio 6061-T6, con una geometría simple,
procurando no dejar perfiles angulosos para evitar la concentración innecesaria de
esfuerzos (Figura 6.29).
Figura 6.31: Esfuerzos según teoría de Von Mises del soporte del motor en el modelo optimizado del MXT
Figura 6.32: Vista Superior de los esfuerzos según teoría de Von Mises en el modelo optimizado del MXT
Como se puede observar, hay una mejor distribución de los esfuerzos sobre el bastidor,
siendo los más elevados los encontrados en la estructura que soporta al motor.
Figura 6.33: Vista Superior de los Esfuerzos según la teoría de Tresca en el modelo optimizado del MXT
Figura 6.34: Vista superior de las Deformaciones según teoría de Tresca en el MXT
Figura 6.35: Esfuerzos según la teoría de Von Mises en el modelo optimizado del MXT
Figura 6.36: Esfuerzos según la teoría de Tresca en el modelo optimizado del MXT
Figura 6.37: Deformaciones según la teoría de Von Mises en el modelo optimizado del MXT
Figura 6.38: Deformaciones según la teoría de Tresca en el modelo optimizado del MXT
El modelo se comporta de manera estable y no presenta concentraciones de esfuerzos
elevados, las suspensiones se mantienen sin cambio alguno al igual que la zona de
pasajeros y los perfiles.
Figura 6.39: Desplazamiento Nodal en el MXT
Con respecto a los desplazamientos nodales podemos observar que la estructura no presenta
algún desplazamiento considerable causado por la acción de las fuerzas. El soporte derecho
del motor presenta el siguiente desplazamiento nodal.
Figura 6.40: Desplazamiento nodal en la fijación derecha del MXT
En base al nuevo modelo podremos concluir que:
1. La mayor parte de la estructura es estable los esfuerzos según la teoría de Von
Mises tienen un valor máximo de 4.38MPa y no hay evidencia de alguna
deformación de alto riesgo (0.21mm) en la zona donde las suspensiones serán
colocadas.
2. Los esfuerzos en la zona de pasajeros disminuyen considerablemente de los 50MPa
y los 6.004495e-4m que se deforma con el AA 6105-T5, pasa a tener un esfuerzo
máximo de 40.6MPa y se deforma 2.217e-4m (0.21mm). comparado con el esfuerzo
permisible que presenta el aluminio 6061-T6 que es de 240 MPa, con ello se puede
obtener un factor de seguridad de 5 a la cedencia lo cual la hace excelente para la
aplicación dinámica, de fatiga y posible impacto de la estructura para la lámina que
soporta a los pasajeros La estructura se comporta de manera estable y no hay
evidencia de una deformación de alto riesgo.
3. La estructura que sostiene al motor se mantiene sólida con un esfuerzo máximo de
43.81MPa comparado con el esfuerzo permisible que presenta el acero estructural
ASTM A36 que es de 2.4821e8 Pa, con ello se puede obtener un factor de seguridad
superior a 5 a la cedencia lo cual la hace excelente para la aplicación dinámica, de
fatiga y posible impacto de la estructura. Se espera que la estructura este preparada
para la aplicación de esfuerzos no superiores a los 62.5 MPa considerando un factor
de diseño de 4.
4. Ambos perfiles, extruídos de aluminio 6061-T6 presentan un esfuerzo máximo de
4.381MPa y se comportan adecuadamente sin llegar a tener concentraciones de
esfuerzos ni deformaciones importantes.
5. Los esfuerzos presentados en la estructura del RollBar son de 13.1MPa y no
afectarán el desempeño de la misma, pues esta tiene una resistencia a punto cedente
es de 1.3789e+9 y el esfuerzo que se presenta es mucho menor a este.
Figura 6.41: Esfuerzos en el RollBar del MXT
6. La deformación máxima que se presenta en la estructura, se encuentra ubicada en el
soporte del motor, siendo ésta de 0.00021 m cuando la deformación máxima
permisible de la estructura es de 0.0012656m (1.26mm). Lo cual nos da un factor
de seguridad de 5. Sin embargo la estructura bajo la acción de un incremento de
cargas podrá deflexionarse hasta 0.0003164m (0.3mm).
7. Es posible cambiar muchas de las estructuras de acero ASTM A36 por acero AISI
1025, ambos presentan el mismo esfuerzo admisible 250MPa. Sin embargo su
densidad es de 7858Kg/m³ y esta es más pesada que la del ASTM A36 7855kg/m³
así que con el uso del ASTM A36 se obtiene un ahorro en el peso de la estructura.
8. Si se planea el uso del acero AISI 1025 en el bastidor, es conveniente que además
del uso de aluminio en la estructura, se considere el uso de extrusiones de
aleaciones con magnesio como la AZ31B, la ZK60A-T5 y la AZ31B-H24 (Placas,
Hojas) para optimizar el peso de la estructura sin comprometer la seguridad de la
misma ya que estas extrusiones soportan mayores esfuerzos admisibles que el
mismo acero AISI 1025 o el ASTM A36.
9. Una manera de economizar peso en la estructura será reemplazando la mayoría de
las partes de acero ASTM A36 por las aleaciones de aluminio 6061-T6, y solo
dejando este acero para las partes que estarán en contacto con la suspensión.
10. Se aceptará el factor de seguridad N=5 para este diseño, ya que aunque es mayor
que el comúnmente usado para elementos mecánicos de este tipo N=4, el diseño de
esta estructura solo esta preparado para soportar cargas estáticas, carece de estudios
de impacto, fatiga y análisis dinámico. Y el diseño ya está en fase de construcción.
Una vez que todos los resultados provenientes de los estudios de este proyecto sean
anexados se podrá recurrir a continuar con la optimización de este modelo.
[i] Damaso, P. O. (© 2004) 5. Análisis de la Estructura y Elementos del SAND CAR Project
para su adaptación y Compatibilidad en un programa de Elementos Finitos para el
análisis de Esfuerzo y Deformación generadas por Cargas Estáticas. UDLA, México Pue
[ii] Mat Web, (© 2005).AISI 4130. Paráfrasis recuperada en Junio 15, 2005 de
http://www.matweb.com Trans. Jonathan A. López Saucedo.
[iii] Ferdinand P. Beer y E. Russell Johnston, (©1999). Mecánica de Materiales 2ª edición.
Editorial Mc Graw Hill. P698-699
[iv] Mat Web, (© 2005). AA6105-T5. Paráfrasis recuperada en Junio 15, 2005 de
http://www.matweb.com Trans. Jonathan A. López Saucedo.
[v] Mangonon, Pat. L. (© 1999). ThePrinciples of Materials Selection for Engineering
Design, Ed. Prentice Hall, Paráfrasis y traducción por Jonathan A. López Saucedo, pp. 540593.
[vi] Damaso, P. O. (© 2004) 5. Análisis de la Estructura y Elementos del SAND CAR
Project para su adaptación y Compatibilidad en un programa de Elementos Finitos para el
análisis de Esfuerzo y Deformación generadas por Cargas Estáticas. UDLA, México Pue,
pp. 90.
[vii] Mangonon, Pat. L. (© 1999). ThePrinciples of Materials Selection for Engineering
Design, Ed. Prentice Hall, Paráfrasis y traducción por Jonathan A. López Saucedo, pp. 781782.